Предотвращение износа деталей техники
технические науки
- Киселев Вячеслав Валериевич , преподаватель
- Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России
-
Похожие материалы
Сложные условия эксплуатации современных машин резко повысили требования к смазочным материалам. Актуальной задачей современного машиностроения является рациональное применение смазочных материалов, определяющих во многих случаях работоспособность и долговечность машин. В результате этого получила дальнейшее развитие теория смазочного действия, особенно при граничном трении. Возникла необходимость глубокого изучения механизмов и закономерностей механического и физико-химического действия смазок различного состава при различных условиях трения. Особое значение приобретает применение присадок к смазочным маслам.
В борьбе с износом на первом месте стоит задача создания общей теории сопротивления изнашиванию материалов. Эта теория необходима для обоснованного применения конструкционных, технологических и эксплуатационных средств по устранению недопустимых патологических процессов повреждаемости и достижению минимального износа. Вопросы износа являются главными в общей проблеме трения, смазки и износа. Каждый новый шаг в развитии машин, механизмов и приборов связан с изучением явлений, протекающих в зоне контакта деталей, с учетом прочностных характеристик поверхностей и их разрушения (износа).
С ростом промышленного прогресса увеличивается количество техники и её мощность. Поэтому всё острее встаёт проблема износа деталей машин. Также машина постоянно перегружена боевым снаряжением и инструментом.
У современной пожарной охраны России на вооружении находится множество различных видов пожарной техники, которая применяется для различных целей при тушении пожара.
В соответствии с ГОСТ 16429—70 установлены три группы изнашивания в машинах: механическое, молекулярно-механическое и коррозионно-механическое. Каждая группа изнашивания делится на несколько видов. Как известно, изнашивание — это процесс постепенного изменения размеров деталей вследствие процесса трения, проявляющийся в отделении с поверхностей трения материала и (или) его остаточной деформации. В свою очередь, износ — результат изнашивания деталей, т.е. результат работы трения. Изнашивание деталей машин сопровождается сложными физико-химическими явлениями и многообразием влияющих на него факторов. Изнашивание зависит от материала и качества трущихся поверхностей, характера и скорости их взаимного перемещения, характера контакта, вида и значения нагрузки, вида трения и многих других факторов.
К самым эффективным способам борьбы с износом можно отнести повышение твердости и улучшение качества обработки трущихся поверхностей, тщательная герметизация всех уплотнительных устройств при ремонте, а также очистка топлива и смазки от механических примесей в процессе эксплуатации и поддержание в исправном состоянии уплотнительных (сальники, уплотнительные прокладки, чехлы и т. п.) и очистительных устройств (топливные и масляные фильтры, воздухоочиститель.
Эффективность смазочной системы зависит от ее конструктивного совершенства и качества смазочного материала. Пока нет четких рекомендаций по дозировке и длительности подачи смазочных материалов в конкретные узлы трения машин. При переводе трущихся деталей машин в режим ИП необходимо создавать принципиально новые смазочные системы, которые бы обеспечили автоматическое регулирование параметров работы системы в зависимости от режима работы машины, то есть необходимо разрабатывать адаптированные смазочные системы, предупреждающие износ трущихся деталей машин и снижающие потери на трение.
Больше всего нуждается в смазочных системах станкостроительная, автомобильная и тяжелая промышленность. В настоящее время уровень технического совершенства машин во многом определяется именно степенью организации смазывания узлов трения. При этом большое внимание следует уделять использованию современных достижений триботехники. Для значительного повышения технического уровня и качества машин, их экономичности и надежности необходимо решить проблему смазывания. Это может быть обеспечено за счет повышения технического уровня и качества смазочного оборудования, его унификации и стандартизации, за счет конструктивного совершенства узлов трения машин, разработки и применения новых эффективных технологических процессов обработки трущихся деталей и других методик.
Явления износа должны учитываться при проектировании и эксплуатации машин и механизмов. Они проявляются при земляных работах, в сельском хозяйстве, строительстве, добывающей промышленности и во многих других случаях. Потери средств от трения и износа в развитых странах составляют 4-5% национального дохода, а преодоление сопротивления трения поглощает во всем мире 20-25% вырабатываемой за год энергии. Анализ специальных комитетов Международного совета по трибологии показал, что за полный цикл эксплуатации машин эксплуатационные расходы, затраты на ремонт и запасные части в несколько раз превышают затраты на изготовление новой техники.
Повышение экономически и экологически целесообразной долговечности и надежности машин, технологического оборудования и инструмента непосредственно связано с повышением износостойкости. Решение этой актуальной и практически необходимой задачи возможно только на базе глубоких, научно обоснованных решений. Управление трением, правильный выбор материалов по критериям трения и износостойкости, рациональное конструирование узлов трения и деталей машин и оптимизация условий эксплуатации могут существенно продлить срок жизни и повысить эффективность машин, снизить вредные экологические воздействия при незначительном увеличении их стоимости. Задача повышения экономически и экологически целесообразной долговечности узлов трения крайне усложняется каждый год, так как тенденция развития науки, техники и технологии обязательно ведет к ужесточению и усложнению режима работы машин, а значит, узлов трения и деталей по нагрузкам, скоростям, температурам, диссипируемым энергиям, вибрации и т.д. Хорошо известно также, что стремление снизить материалоемкость машин приведет к уменьшению габаритов и удельных массовых характеристик узлов трения, которые еще более усложнят задачу.
Способы борьбы с износом
Существует много способов борьбы с износом. Рассмотрим наиболее распространенные в химическом машиностроении.
1. Правильный выбор конструкционных материалов.
Для предотвращения преждевременного механического износа необходимо, чтобы трущиеся поверхности были твердыми и возможно более чисто обработанными.
2. Термическая обработка стальных деталей.
Наиболее часто применяемые способы термической обработки: отжиг, нормализация, закалка и отпуск. В последнее время широкое распространение получила поверхностная закалка деталей. Она позволяет добиться высокой твердости, прочности и износоустойчивости поверхностного слоя. Отличие ее от обычной закалки состоит в том, что нагревается до температуры закалки и затем быстро охлаждается только поверхность детали на глубину закаливаемого слоя.
3. Поверхностное упрочнение деталей химико-термическими способами.
Цементация – это процесс науглероживания (насыщения углеродом) поверхностей деталей; содержание углерода в поверхностных слоях возрастает с 0,1…0,25 до 1…1,2 %. Наблюдается повышенная твердость, прочность и износостойкость поверхностного слоя.
Азотирование заключается в насыщении поверхностных слоев азотом, что способствует повышению их твердости, прочности и стойкости против механического и коррозионного износа.
Цианирование – насыщение поверхности детали углеродом и азотом.
Алитирование заключается в насыщении поверхностных слоев детали алюминием, и применяют его для повышения жаропрочности стальных деталей.
Хромирование – насыщение поверхности хромом путем диффузионной металлизации в порошке, содержащем 60 % металлического хрома, 37 % глинозема и 3 % концентрированной HCl.
Силицирование – насыщение поверхностного слоя кремнием; подвергают стальные детали, работающие в условиях высоких температур.
4. Поверхностное упрочнение деталей наклепом.
Для повышения стойкости деталей к механическому износу их поверхности подвергают наклепу, осуществляемому двумя методами – обкаткой или дробеструйной обработкой.
Обкатку применяют для обработки цилиндрических и плоских деталей. Деталь, закрепленная в суппорте токарного станка и приводимая во вращательное движение, обкатывается роликами. Обычно глубина наклепанного слоя не превышает 2 мм.
Дробеструйная обработка пригодна для деталей любой конфигурации. Поверхность обрабатывают в течение 3…5 минут мелкой дробью из отбеленного чугуна, который подают струей воздуха под давлением 0,5…0,6 МПа. Необходимо помнить, что поверхности, подвергнутые наклепу, теряют стойкость к коррозионному разрушению.
5. Повышение износостойкости деталей покрытием из твердых сплавов.
Для увеличения износостойкости деталей их поверхности наплавляют литыми и порошкообразными металлокерамическими твердыми сплавами. Литыми сплавами являются сормайт-1 и сормайт-2. Сормайт – сплав хрома, углерода и железа с незначительным содержанием кремния, марганца и никеля; он изготовляется в виде литых прутков диаметром 3-8 мм или в виде пластин длиной 250 мм.
В качестве порошкообразного сплава используют сталинит – смесь порошков феррохрома и ферромарганца с чугунной стружкой и нефтяным коксом.
6. Конструктивные меры борьбы с износом:
а) предотвращение образования застойных зон;
б) предотвращение эрозионного износа;
в) предотвращение износа поверхностей контакта (установкой между деталями изолятора из неметаллического материала);
г) повышение качества обработки поверхностей;
д) повышение качества смазки и улучшение условий смазки трущихся поверхностей.
7. Защита от коррозии ингибиторами.
Ингибиторы – специальные вещества, которые вводят в агрессивную среду для замедления коррозии.
На нефтеперерабатывающих заводах для защиты холодильного оборудования от хлористого водорода добавляют в среду каустическую или кальцинированную соду, а в верхнюю часть ректификационных колонн для первичной перегонки нефти подают аммиак.
Количество ингибитора должно строго контролироваться, т. к. избыток его может ускорить коррозию. Особенно опасны такие ингибиторы, как тиодигликоль и формальдегид. Очень часто ингибитор, замедляющий коррозию одного металла, может оказаться коррозионноактивным для другого. Так, аммиак, предотвращающий коррозию стальных колонн, вызывает интенсивную коррозию латунных труб в конденсаторах. Поэтому при использовании того или иного ингибитора необходимо помнить о технологической последовательности прохождения средой всех аппаратов, машин и трубопроводов.
8. Электрохимическая защита.
Различают два вида электрохимической защиты. Это катодная и протекторная защита.
Катодную защиту осуществляют подачей постоянного тока от внешнего источника. Отрицательный полюс тока присоединяют к защищаемой конструкции, а положительный – к вспомогательному электроду (аноду), который находится в контакте с агрессивной средой. Катодная защита применяется для подземных трубопроводов и металлоконструкций, оборудования, работающего в морской воде.
При протекторной защите корпус оборудования присоединяют к электроду, имеющему более отрицательный потенциал, чем защищаемая поверхность. В качестве материала для протекторов применяют цинк, магний, магниевые сплавы, сплавы алюминия с цинком и др.
9. Металлизация.
Металлизация может быть осуществлена различными способами: напылением, диффузией, конденсацией из газовой фазы, механическим плакированием и др. Перед металлизацией поверхность детали очищают до металлического блеска в пескоструйных аппаратах.
10. Гальваническое покрытие деталей.
Процесс ведут в электролитах (водных растворах солей, кислот, оснований) или в расплавах солей. Анодом служит наносимый металл, катодом – деталь, на поверхность которой наносят покрытие. Гальваническое покрытие имеет небольшую толщину – обычно не более нескольких десятков микрон.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Меры предупреждений износа деталей машин
На износ деталей машин оказывают большое влияние конструкция машины, качество материалов, из которых исполняются детали, технологические процессы, применяющиеся при изготовлении и ремонте деталей, и особенно технические уходы за машинами в процессе эксплуатации. Например, при удлинении центральной трубы воздухоочистителя трактора С-80 на 950 мм и ДТ-54 на 80 мм износ деталей двигателя уменьшается более чем в два раза, хромирование лемехов увеличивает срок их службы в 16 раз, с применением полировки галтелей увеличивается усталостная прочность коленчатых валов (ДТ-54) почти в 6 раз. Тщательное и своевременное выполнение технических уходов дает возможность увеличить межремонтные сроки машин в несколько раз.
Для уменьшения износа деталей в процессе ремонта применяют ряд способов.
Износ деталей, подвергающихся истиранию, можно уменьшить следующими способами:
- тщательной механической обработкой поверхности (шлифованием, доводкой абразивными брусками, притиркой, развертыванием, прошивкой и тонким точением);
- нанесением на поверхность деталей износостойких покрытий (хромированием, металлизацией, наплавкой твердыми сплавами и т. п.);
- упрочением поверхности деталей цементацией, сплошной и поверхностной закалками и электроискровым способом;
- тщательной приработкой отремонтированных деталей, при которой поверхности приобретают соответствующие условиям трения микронеровности и состояние;
- созданием на поверхности трения напряжений растяжения.
К мерам борьбы с износом деталей, подвергающихся смятию, относятся:
- тщательная механическая обработка сопряженных поверхностей, подвергающихся смятию;
- повышение твердости сопрягаемых поверхностей наплавкой деталей твердыми сплавами, закалкой, цементацией, а для деталей, наплавленных чугуном, – отбеливанием поверхности.
Для уменьшения износа деталей, подвергающихся царапанью, наиболее эффективным способом является покрытие деталей хромом.
Другими достаточно эффективными методами являются наплавка на поверхность, подвергающуюся абразивному износу, твердых сплавов, создание на ней корки отбеленного чугуна, закалка ацетиленокислородным пламенем или токами высокой частоты.
Увеличение усталостной прочности деталей достигается рядом способов, из которых наиболее эффективным является создание на поверхности деталей, работающих в условиях циклически меняющихся нагрузок, напряжений сжатия. Это можно объяснить следующим образом.
Допустим, что деталь работает в условиях переменного изгиба. При этом участок поверхности, находясь в положении «а», будет испытывать напряжение сжатия. В этот момент образование трещины маловероятно. Находясь же в положении «б», тот же участок будет испытывать напряжение растяжения, когда вполне возможно образование первичной трещины или дальнейшее ее развитие.
Допустим, что трещины на поверхности возникают при напряжении растяжения, равном 35 кг/мм 2 . Если предварительно в поверхностном слое были созданы напряжения сжатия, равные 15 кг/мм 2 , то разрыва не произойдет, так как действующие усилия снимут сначала напряжения вжатия, а затем уже вызовут на поверхностном слое напряжения растяжения величиной около 20 кг/мм 2 .
Для создания в поверхностном слое деталей напряжений сжатия применяют накатку роликом, наклеп молотком (листы рессор), пескоструйную обработку, дробеструйную обработку, чеканку. Наибольший эффект получают при наклепе в напряженном состоянии.
Для повышения предела выносливости деталей необходимо также тщательно обрабатывать поверхности, применяя шлифование, доводку абразивными брусками, притирку, зачистку и полирование.
С целью увеличения прочности деталей переходы от одного сечения к другому выполняют по радиусу и полируют их.
Для обнаружения трещин, появившихся в процессе эксплуатации, пользуются следующими методами.
- После тщательной мойки и сушки деталь погружают в керосин и выдерживают в нем в течение 5-10 минут.
После этого участки, на которых можно ожидать наличие трещин, протирают насухо и смазывают тонко размолотым порошком мела, разведенного водой. Когда мел высохнет, остукивают деталь деревянным молотком. При этом керосин, выходя из трещин, создает на меловой обмазке пятна, указывая места расположения трещин. - Деталь помещают в магнитное поле, или же через нее пропускают электрический ток. При этом деталь намагничивается и у краев трещины концентрируются магнитные силовые линии. Затем проверяемый участок смазывают маслом (трансформаторным или машинным) и посыпают мелким железным порошком. При прохождении через деталь электрического тока частицы железа будут втягиваться в магнитный поток рассеивания и концентрироваться вдоль трещины, отмечая тем самым имеющийся дефект.
- Поверхность тщательно очищают и подвергают травлению подогретым 10-20% -ным раствором серной кислоты.
После травления трещину легко заметить при рассмотрении поверхности с помощью микроскопа или лупы.
Чтобы увеличить срок службы шариковых подшипников, их рекомендуется периодически поворачивать на 180°. Роликовые подшипники рекомендуется переставлять с таким расчетом, чтобы направление движения роликов было обратным. Установлено, что трещины образуются в направлении движения шариков в шариковом подшипнике. При повороте подшипника на 180° развитие трещин прекращается. При поворачивании срок службы подшипника увеличивается на 20-80%.
При повороте шестерен на 180° (если это позволяет конструкция) зубья начинают работать неизношенными поверхностями. Этот прием намного увеличивает срок службы шестерен.
Для увеличения срока службы подшипников с тонкостенными вкладышами нужно тщательно подбирать вкладыши по постелям. Чтобы уменьшить коррозию деталей из черных металлов, поверхности деталей покрывают более стойкими металлами (оловом, никелем, хромом и цинком).
Во время хранения детали покрывают веществами, образующими на поверхности химически защитные пленки. Эти вещества носят название пассиваторов.
Поверхности деталей, на которые наносят пассиваторы, зрительно обезжиривают в ванне с водным раствором 3%-ного тринатрийфосфата, 2%-ного жидкого стекла и 2%-ной каустической соды, нагретым до температуры 70-80°. В ванне детали выдерживают в течение 5 минут.
После этого детали промывают проточной водой в течение 1-2 минут и погружают на 3-5 минут в ванну с водным раствором 20-25% -ного нитрата натрия. При этом на поверхности детали появляется пленка, защищающая металл от дальнейшего окисления.
Перед применением детали промывают в 1%-ном растворе кальцинированной соды. Этот способ дает хорошие результаты при хранении подшипников качения. При постановке на хранение отремонтированных сельскохозяйственных машин рабочие органы их покрывают тонкой пленкой солидола или пастой, состоящей из 50% парафина и 50% керосина. Смазку наносят на поверхности деталей тонким сплошным слоем.
Неработающие поверхности деталей покрывают красками и лаками.
Для предохранения от коррозии деталей, работающих или находящихся в особо агрессивной среде (хромовые или железные электролиты, сырая почва и т. п.), применяют катодную защиту. В этом случае деталь включают в качестве катода.
Трубопроводы, расположенные в земле (например, трубопроводы, по которым подается вода в мастерскую, в скотный двор и т. п.), предохраняют следующим образом. На некотором расстоянии от них закапывают листы старого негодного железа. К трубам от какого-либо источника постоянного тока (аккумулятор, генератор) подводят ток. При этом трубы включают в качестве катода, а железные листы – в качестве анода.